吉林大学仪器科学与电气工程学院2015年下半年中文论文集 口1发给单片机，然后发送定位信息字符串到 口2，串口2利用中断函数控制，保存接收到的 数据，最后将数据发到车主手机中，可方便的实 现双串口通信。 2.2密码锁模块 是否移 密码锁模块B由STC12C5A60S2单片机作 为主控芯片，16个按键作为输入键，结果通过 LCD显示。为了防止掉电等意外情况的发生，采 用AT24C02作为掉电保护。当通过按键输入密 码时，若密码正确则车锁打开且指示灯亮，此时 GSM发送短 可修改密码，按修改键后连续输入两次即可确定 新密码，提高了安全性：若密码错误时会在显示 屏上提示输入错误，当连续错误三次后按键被锁 图1系统总体结构图 定，蜂鸣器持续报警一分钟。密码锁整体仿真图 Fig 1 The overall structure of the systen 及整体流程图如图3、图4所示。 LCD2示黄块 密码顿模块 GSM短信发法块 如速度块 GPS定位有块 图2系统总体流程图 FigThe overall fowchart structure of the system 2模块设计 智能防盗车锁跟踪系统采用模块化设计，整 图3密码锁整体仿真图 个系统由控制模块、密码锁模块、加速度模块 Fig3The whole simulation diagram of the Combination GPS定位模块和GSM模块组成，所有模块集中 lock 在一块电路板上，通过各模块相互配合，共同实 现防盗报警功能。 2.1控制模块 此系统采用STC12C5A60S2单片机作为控 制器，该单片机内部自带6 OK FLASH ROM,可用 电的方式瞬间擦除、改写，支持串口程序烧写， 有利于实现程序在线烧录。同时具有高速、低功 耗、超强抗干扰等优点，有利于减轻系统重量， 稳定性好。 最重要的是，STC12C5A60S2单片机有两个 串口(RXD、TXD和RXDI、TXDI),可以实 GPS模块与GSM模块同时连接到单片机上。电 口1与GPS定位模块连接，串口2与GSM通信 模块连接。GPS成功定位后，将定位信息通过串
22 Fig. Fig.2 The 2 模块设 智能防 个系统由控 GPS 定位模 在一块电路 现防盗报警 2.1 控制模块 此系统 制器，该单片 电的方式瞬 有利于实现 耗、超强抗 稳定性好。 最重要 串口（RXD GPS 模块与 口 1 与 GPS 模块连接。 图 1 系统 1 The overall st 图 2 系统 e overall flow ch 设计 盗车锁跟踪系 制模块、密码 模块和 GSM 模 板上，通过各 功能。 块 采用 STC12 片机内部自带 间擦除、改写 程序在线烧录 干扰等优点 的是，STC1 D、TXD 和 R 与 GSM 模块同 S 定位模块连 GPS 成功定位 吉林大学 统总体结构图 tructure of the s 统总体流程图 hart structure o 系统采用模块 码锁模块、加 模块组成，所 各模块相互配 C5A60S2 单 带 60K FLAS 写，支持串口 录。同时具有 ，有利于减轻 12C5A60S2 单 RXD1、TXD1 同时连接到单 连接，串口 2 位后，将定位 仪器科学与电 system f the system 块化设计，整 加速度模块、 所有模块集中 配合，共同实 单片机作为控 SH ROM,可用 口程序烧写， 有高速、低功 轻系统重量， 单片机有两个 1），可以实现 单片机上。串 与 GSM 通信 位信息通过串 气工程学院 20 整 、 中 实 用 功 个 现 串 信 串 口 口 数 现 2. 为 L 用 码 可 新 屏 定 及 015 年下半年中 口 1 发给单片 口 2 ，串口 2 数据，最后将 现双串口通信 .2 密码锁模 密码锁模 为主控芯片， CD 显示。为 用 AT24C02 作 码时，若密码 可修改密码， 新密码，提高 屏上提示输入 定，蜂鸣器持 及整体流程图 Fig.3 The who 中文论文集 片机，然后发 2 利用中断函 将数据发到车 信。 块 模块[3-5]由 STC 16 个按键作 为了防止掉电 作为掉电保护 码正确则车锁 按修改键后 高了安全性； 入错误，当连 持续报警一分 图如图 3、图 图 3 密码锁整 le simulation d lock 发送定位信息 函数控制，保 车主手机中， C12C5A60S2 作为输入键， 电等意外情况 护。当通过按 锁打开且指示 后连续输入两 若密码错误 连续错误三次 分钟。密码锁 4 所示。 整体仿真图 diagram of the C k 字符串到串 存接收到的 可方便的实 2 单片机作 结果通过 况的发生，采 按键输入密 灯亮，此时 次即可确定 时会在显示 后按键被锁 整体仿真图 Combination
付群健等：智能防蜜车锁跟踪系统 移动状态。当车子移动时，加速度值发生变化， 开始 传感器感知加速度变化值并将其传至单片机，进 而启动GPS模块进行实时定位。 按启动键输入密码 加速度传感器选用MMA7455,它是一款 字输出、低功耗、紧凑型加速度传感器，无需外 加AD转换器，体积小、质量轻。另外具有信号 否正 调理、温度补偿等功能，受温度变化影响小，稳 否 完性好。T作时只需把VCC、GND。SCI、sDA 四个管脚与单片机连接，使用方便，加速度模坊 再次输入密码 的工作原理图如图5所示： 是 是否正 否 再次输入密 是否正 图5加速度模块工作原理图 输入管理者密码 Fig5The working principle diagram of the acceleration module 、打开 24GPs定位模块 子被盗后 为了获取车子的准确位置。 系 统增加了GPS定位功能m.利用GPS定位模块确 是修 定车子所在位置的经纬度，完成定位和坐标转换， 将经纬度转化为坐标的形式，分离出度、分、秒， 是 得到所需的N(S)、EW坐标，再通过串口TXD RXD分别与单 片机的RXD、TXD相连，将定位 按下修改键输入新密 结果传给单片机，起到定位防盗的作用。 系统采用CNP30IUA型号的GPS模块，该 再次输入新密码 模块具有体积小、结构紧凑、重量轻、精度高、 收星快、灵敏度高以及用户可灵活自定义配置等 的优点 可以实现快速、准确定位 按确认键修改成功 在测试过程中，在不同的地点分别定位，定 位结果如图6所示： 结束· 图4密码锁整体流程图 Fig4 The whole flow chart of the Combination lock 2.3加速度模块 当无密码输入或密码输入错误时，系统需要 成知到车子被移动才启动GPS定位模块和GSM 通信模块。本系统采用加速度传感器阿感知车子
付群健等：智能防盗车锁跟踪系统 23 图 4 密码锁整体流程图 Fig.4 The whole flow chart of the Combination lock 2.3 加速度模块 当无密码输入或密码输入错误时，系统需要 感知到车子被移动才启动 GPS 定位模块和 GSM 通信模块。本系统采用加速度传感器[6]感知车子 移动状态。当车子移动时，加速度值发生变化， 传感器感知加速度变化值并将其传至单片机，进 而启动 GPS 模块进行实时定位。 加速度传感器选用 MMA7455，它是一款数 字输出、低功耗、紧凑型加速度传感器，无需外 加 AD 转换器，体积小、质量轻。另外具有信号 调理、温度补偿等功能，受温度变化影响小，稳 定性好。工作时只需把 VCC、GND、SCL、SDA 四个管脚与单片机连接，使用方便，加速度模块 的工作原理图如图 5 所示： 图 5 加速度模块工作原理图 Fig.5 The working principle diagram of the acceleration module 2.4 GPS 定位模块 车子被盗后，为了获取车子的准确位置，系 统增加了 GPS 定位功能[7]。利用 GPS 定位模块确 定车子所在位置的经纬度，完成定位和坐标转换， 将经纬度转化为坐标的形式，分离出度、分、秒， 得到所需的 N(S)、E(W)坐标，再通过串口 TXD、 RXD 分别与单片机的 RXD、TXD 相连，将定位 结果传给单片机，起到定位防盗的作用。 系统采用 CNP301UA 型号的 GPS 模块，该 模块具有体积小、结构紧凑、重量轻、精度高、 收星快、灵敏度高以及用户可灵活自定义配置等 的优点，可以实现快速、准确定位。 在测试过程中，在不同的地点分别定位，定 位结果如图 6 所示： 是 否 再次输入密码 是 是否正 否 再次输入密 是 是否正 否 输入管理者密码 打开 是否修 改 密 否 是 按下修改键输入新密 再次输入新密码 按确认键修改成功 结束 是否正 开始 按启动键输入密码
吉林大学仪器科学与电气工程学院2015年下半年中文论文集 jdE125181" 开始 ud:4352'47” 启动GSM通信模块 jd:E12518”21 连接成功2 04352'46" 设定GSM字符集 图6不同地点的定位结果 设置文本模式 FigThe positioning results n diferent locations 经查找资料可知，在经线上纬度每差一度， 实际距离相差111千米，则相差一分的距离大概 确定收短信手机号码 为111千米/3600=30.8米：在纬线上经度每差 实际 离相差11*cos 千米(为当前纬度 发送短信 值)，则相差一分的距离大概为111千米B600*cos a。 延时 由图6可知，两个定位点经线上的测量距离 为1分*30.8米分=30.8米，纬线上的测量距离为 1分*30.8米分*c0s43°=225米，则总体测量距 结束 离为6082+250=381米。而两地实际距离 图7SIW900A通信模块的工作流程图 Fig.7 The work flow chart of SIM900A communication 为36米左右，因此误差在五米之内，与实际距离 module 相差21米，误差为5%左右。该误差很大程度 取决于所选的Gs模块的型号，如需更高的定位 3测试结果 精度，可选用更高精度的GS定位模块。 2.5GSM通信模块 各模块调试完成后，进行了系统总体测试， 当车子被盗后，如果能准确获知车子的具体 密码锁可实现基本功能，密码输入正确时车 位置，对于追回被盗车辆具有关键作用。因此， 锁打开指示打亮，有三次输入机会，若三次都错 可以采用GSM通信模块将GPS的定位信息实 误蜂鸣器报警，且在密码锁打开的情况下可以修 时发送到车主手机中，使车主能及时掌握车子所 改密码 输入密码显示结果及修政密码显示结果 在方位。 如图8、图9所示。 本系统采用SM900A桶信模块实现与车主 手机的通信，SIM9O0A通信模块可以低功耗实现 Password Lock 收发短信、接打电话等功能，GSM模块与计算机 之间通过AT指令完成数据通信 需要设置发送 图8输入密码显示结果 短消息模式为T©xt格式并确定接收信息的号码 Fig.8 The results when entering the password SIM9O0A通信模块的工作流程图如图7所示。 工门光1：水冰*冰冰* 图9修改密码显示结果 Fig 9 The results when changeing the password GPS模块可以定位出当前的经纬度，当车子 被盗时开始定位，并且将定位信息通过GSM模
吉林大学仪器科学与电气工程学院 2015 年下半年中文论文集 24 图 6 不同地点的定位结果 Fig.6 The positioning results in different locations 经查找资料可知，在经线上纬度每差一度， 实际距离相差 111 千米，则相差一分的距离大概 为 111 千米/3600=30.8 米；在纬线上经度每差一 度，实际距离相差 111*cosα 千米(α 为当前纬度 值)，则相差一分的距离大概为 111 千米/3600*cos α 。 由图 6 可知，两个定位点经线上的测量距离 为 1 分*30.8 米/分=30.8 米，纬线上的测量距离为 1 分*30.8 米/分*cos43°=22.5 米，则总体测量距 离为 30.8^2 + 22.5^2 = 38.1米。而两地实际距离 为 36 米左右，因此误差在五米之内，与实际距离 相差 2.1 米，误差为 5%左右。该误差很大程度上 取决于所选的 GPS 模块的型号，如需更高的定位 精度，可选用更高精度的 GPS 定位模块。 2.5 GSM 通信模块 当车子被盗后，如果能准确获知车子的具体 位置，对于追回被盗车辆具有关键作用。因此， 可以采用GSM 通信模块[8-9]将GPS的定位信息实 时发送到车主手机中，使车主能及时掌握车子所 在方位。 本系统采用 SIM900A 通信模块实现与车主 手机的通信，SIM900A 通信模块可以低功耗实现 收发短信、接打电话等功能，GSM 模块与计算机 之间通过 AT 指令完成数据通信，需要设置发送 短消息模式为 Text 格式并确定接收信息的号码。 SIM900A 通信模块的工作流程图如图 7 所示。 图 7 SIM900A 通信模块的工作流程图 Fig.7 The work flow chart of SIM900A communication module 3 测试结果 各模块调试完成后，进行了系统总体测试。 密码锁可实现基本功能，密码输入正确时车 锁打开指示灯亮，有三次输入机会，若三次都错 误蜂鸣器报警，且在密码锁打开的情况下可以修 改密码。输入密码显示结果及修改密码显示结果 如图 8、图 9 所示。 图 8 输入密码显示结果 Fig.8 The results when entering the password 图 9 修改密码显示结果 Fig.9 The results when changeing the password GPS 模块可以定位出当前的经纬度，当车子 被盗时开始定位，并且将定位信息通过 GSM 模
付僻健等：智能防姿车锁跟踪系统 块发到车主的手机中01训，图10为手机接收到的 创新，2004,173140 定位信息。 5.董继成一种新型安全的单片机密码锁.电子技 <GSM 术，2004358-60 125*1802 6. 王雨，陈常嘉，董岩磊基于加速度传感器的车辆防盗 043*5247 技术研究J1.计算机技术与发展2013.235上135.141 7.邱宗德星找GPS接收机的设计与应用几申国航 1251802 天2003,1123-26， 043*5247 8. 李湾用单片机控制手机收发短信息电子技术应 1251802 用.20031：24-26 0435246 9.,张明珊.基于GPRS网络的移动数据接入终端的研 究与设计D1杭州：浙江工业大学，2004 1251802 I0.高旭车载GPS/GPRS卫星定位系统D大连：大连 0435246 理工大学2005 1L.闫正龙.基于GIS/GPS/GSM/GPRS技术的车辆监控系 图10手机接收到的定位信息 统的设计与实现西北大学学报：自然科学 版，2008,38(1)127-130 4结论 12.毕军.GPS/GSM手持式定位仅的设计与实现.电子 测量与仪器学报2005,19到3上38-4】 完成了智能防盗车锁跟踪系统的设计与测试。 在传统电子锁的基础上，增加了密码保护和实时 13.周长征.车载GPS/GPRS实时定位系统关键技术研究 定位功能 更加智能化。 通过输入密 解决了传 D1武汉：武汉理工大学，2007， 统钥匙易被盗的缺点：利用加速度模块、GPS模 块和GSM模块相结合，实现了车子被盗时的实 时定位跟踪功能。测试结果表明，本系统的定位 资小干5米从车子核查接收到物都 本系统为电子防盗车锁的发 展提供新的设计思路，具有很高的使用价值和开 发潜力。 参考文献 1.沈红卫基于单片机结构的智能系统设计与实现M 北家：电子工业出版社，2002 2. 孟庆涛，郑风.图解电子控制电路M北京：人民邮 电出版社，2006 3.周功明基于AT89C2051单片机的防盗自动报警电 子密码锁系统的设计[].绵阳师范学院学 报，2007,26(5112-115. 李明喜新型电子密码锁的设计)机电产品开发与
付群健等：智能防盗车锁跟踪系统 25 块发到车主的手机中[10-13]，图 10 为手机接收到的 定位信息。 图 10 手机接收到的定位信息 Fig.10 Mobile phone received positioning information 4 结论 完成了智能防盗车锁跟踪系统的设计与测试。 在传统电子锁的基础上，增加了密码保护和实时 定位功能，更加智能化。通过输入密码解决了传 统钥匙易被盗的缺点；利用加速度模块、GPS 模 块和 GSM 模块相结合，实现了车子被盗时的实 时定位跟踪功能。测试结果表明，本系统的定位 精度小于 5 米，从车子被盗到接收到短信的响应 时间小于 60 秒/次。本系统为电子防盗车锁的发 展提供新的设计思路，具有很高的使用价值和开 发潜力。 参考文献 1. 沈红卫.基于单片机结构的智能系统设计与实现[M]. 北京:电子工业出版 社,2002. 2. 孟庆涛,郑凤翼.图解电子控制电路[M].北京:人民邮 电出版社，2006. 3. 周功明.基于 AT89C2051 单片机的防盗自动报警电 子密码锁系统的设计［J］.绵阳师范学院学 报,2007,26(5):112-115． 4. 李明喜.新型电子密码锁的设计[J].机电产品开发与 创新,2004,17(3):40. 5. 董继成.一种新型安全的单片机密码锁[J].电子技 术,2004(3):58-60. 6. 王雨,陈常嘉，董岩磊.基于加速度传感器的车辆防盗 技术研究[J].计算机技术与发展,2013,23(5):135-141. 7. 邱宗德.星载 GPS 接收机的设计与应用[J].中国航 天,2003,11:23-26. 8. 李鸿.用单片机控制手机收发短信息[J].电子技术应 用,2003(1):24-26. 9. 张明珊. 基于 GPRS 网络的移动数据接入终端的研 究与设计[D].杭州:浙江工业大学,2004. 10. 高旭巍.车载 GPS/GPRS 卫星定位系统[D].大连:大连 理工大学,2005. 11. 闫正龙.基于GIS/GPS/GSM/GPRS技术的车辆监控系 统的设计与实现[J].西北大学学报:自然科学 版,2008,38(1):127-130. 12. 毕军.GPS/GSM 手持式定位仪的设计与实现[J].电子 测量与仪器学报,2005,19(3):38-41 13. 周长征.车载 GPS/GPRS 实时定位系统关键技术研究 [D].武汉:武汉理工大学,2007
刘纪伟等：基于Raspberry Pi的智能家居系统 基于Raspberry Pi的智能家居系统 刘纪伟；刘孟臣；高冉冉 (吉林大学仪器科学与电气工程学院， 长春130061) 摘要：本系统实现了基于Raspberry Pi为基站和中继的智能家居系统。基于Raspberry Pi开发板，采用帐入式系统， 在Lnx系统上运用yhon语言，我们实现了手机控制灯光的开关、窗帘的升降、GPIO口的使用和电水壶的开 关，收所网络音频，测量温度，监控以及报警系统等功能。 关键词：Raspberry P智能家居Linux Smart Home based on Raspberry Pi Liu Jiv wei:Liu Mengchen Gao Ranrar (College of instrumentation Electrical Engineering.Jilin University.Changchun 10061) Abstract:A prototype of smart home is established based on Raspberry pi as base-station and relay,By Raspberry pi board,embedded system is used.On Linux system we use python and control light,curtain,GPIO.switch electric kettle and listen to the music on Interet by mobile phone.Temperature measurement,monitoring and alarm systemas well. Key words:Raspbery Pi Smart Home Linux 要求。 0前言 1 Raspberry Pi简介 家居白动化的目标是让我们的居家生话申加充 满乐趣和效率， 而智能家居技术正在通过引入 Raspberry Pi,中文名为“树莓派”，是由注册 能化”让这一切变为现实。在本文中，我们充分利 F英国的慈善组织“Raspberry Pi基金会”开发 用了Raspberry Pi的开返特性，选择Linux作为我 为学生计算机编程教有而设计，只有信用卡大小的 们的底层系统，采用开源软件来完成我们想要实现 卡片式电脑，其系统基于Li。别看其外表“娇 的智能家居调控功能。使用P山on语言，充分利用 小”，内“芯”却很强大，视频、音频等功能通通皆 了其便捷的语言特性。在我们的 中 Ra 有，可谓是“麻雀虽小，五脏俱全 Pi更是 个元美的 继点 运用无线网络技术， 在我们的开发过程中，我们选用了Raspberry Pi 们实现了手机远程控制电灯，遥控窗帘，遥控开 的B型版，它是一款基于ARM的做型电透主板 从而给电水壶供电烧水，播放豆瓣FM来实现智能 其上包括了一个ARM1176JZF-s700Mhz的处理器 家居系统的娱乐功能，并采用热释电传感器来实现 (可以超频至1Ghz),和一块ideo Core IV GPU, 报警功能，并应用手机监控录像体现智能家居系统 还有512MRAM,板子上面没有内置的长期存储设 的安全性。 备，以SD 内仔做 主板周围有两个USE 本文基于Raspberry Pi的智能家居系统开发， 接口和一个网口，可连接电源、键盘、标和网线 就是摒弃复杂繁琐的Windows系统，充分利用底层 同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高 系统的开源性来完成每一个细微的任务，将每一个 清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信 细微的功能交互成一个整体的网络，达到智能化的 用卡稍大的主板上，具各所有C的基本功能只需 “指导教师：李行 项目类型：大学生创新项目
刘纪伟等：基于 Raspberry Pi 的智能家居系统 27 基于 Raspberry Pi 的智能家居系统∗ 刘纪伟；刘孟臣；高冉冉 （吉林大学 仪器科学与电气工程学院， 长春 130061） 摘要：本系统实现了基于 Raspberry Pi 为基站和中继的智能家居系统。基于 Raspberry Pi 开发板，采用嵌入式系统， 在 Linux 系统上运用 Python 语言，我们实现了手机控制灯光的开关、窗帘的升降、GPIO 口的使用和电水壶的开 关，收听网络音频，测量温度，监控以及报警系统等功能。 关键词：Raspberry Pi 智能家居 Linux Smart Home based on Raspberry Pi Liu Jiwei； Liu Mengchen； Gao Ranran (College of instrumentation &Electrical Engineering, Jilin University,Changchun 130061) Abstract：A prototype of smart home is established based on Raspberry pi as base-station and relay,By Raspberry pi board, embedded system is used. On Linux system ,we use python and control light ,curtain, GPIO,switch electric kettle and listen to the music on Internet by mobile phone. Temperature measurement, monitoring and alarm system as well. Key words： Raspberry Pi Smart Home Linux ∗ 指导教师：李哲 项目类型：大学生创新项目 0 前言 家居自动化的目标是让我们的居家生活更加充 满乐趣和效率，而智能家居技术正在通过引入“智 能化”让这一切变为现实。在本文中，我们充分利 用了 Raspberry Pi 的开源特性，选择 Linux 作为我 们的底层系统，采用开源软件来完成我们想要实现 的智能家居调控功能。使用 Python 语言，充分利用 了其便捷的语言特性。在我们的作品中，Raspberry Pi 更是一个完美的中继点，运用无线网络技术，我 们实现了手机远程控制电灯，遥控窗帘，遥控开关 从而给电水壶供电烧水，播放豆瓣 FM 来实现智能 家居系统的娱乐功能，并采用热释电传感器来实现 报警功能，并应用手机监控录像体现智能家居系统 的安全性。 本文基于 Raspberry Pi 的智能家居系统开发， 就是摒弃复杂繁琐的 Windows 系统，充分利用底层 系统的开源性来完成每一个细微的任务，将每一个 细微的功能交互成一个整体的网络，达到智能化的 要求。 1 Raspberry Pi 简介 Raspberry Pi，中文名为“树莓派”，是由注册 于英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发， 为学生计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的 卡片式电脑，其系统基于 Linux。别看其外表“娇 小”，内“芯”却很强大，视频、音频等功能通通皆 有，可谓是“麻雀虽小，五脏俱全”。 在我们的开发过程中，我们选用了 Raspberry Pi 的 B 型版，它是一款基于 ARM 的微型电脑主板， 其上包括了一个 ARM1176JZF-s 700Mhz 的处理器 （可以超频至 1Ghz），和一块 Video Core IV GPU， 还有 512M RAM，板子上面没有内置的长期存储设 备，以 SD 卡为内存硬盘，卡片主板周围有两个 USB 接口和一个网口，可连接电源、键盘、鼠标和网线， 同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和 HDMI 高 清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信 用卡稍大的主板上，具备所有 PC 的基本功能只需